Il trinomio caratteristico (scomposizione dei polinomi)

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Presentiamo ora il metodo di scomposizione relativo al trinomio caratteristico (o trinomio particolare, o trinomio notevole con somma e prodotto). Vediamo cioè di capire come scomporre polinomi del tipo:

\[ ax^2+bx+c \]

ove ​\( a, \: b, \: c \)​ sono reali.

Limitiamoci per ora al caso in cui ​\( a = 1 \)​. Il caso di un trinomio con coefficiente della ​\( x^2 \)​ diverso da 1 sarà trattato nella restante parte della lezione. Chi già sa scomporre un trinomio caratteristico nel caso ​\( a=1 \)​ può direttamente saltare alla parte dedicata. 😉

Ricordo inoltre per chi sta ripassando che è anche disponibile il tool realizzato da Altramatica trinomio caratteristico online con passaggi.

Nel caso ​\( a=1 \)​, possiamo cercare di esprimere il trinomio ​\( x^2+bx+c \)​ nella forma:

\[ x^2+(h+k)x+(h \cdot k) \]

ove ​\( h \)​ e ​\( k \)​ sono in generale due numeri reali.

In altre parole, dobbiamo cercare di vedere il coefficiente della ​\( x \)​ come somma di due numeri e il termine noto come prodotto di quegli stessi numeri.

Vogliamo quindi trovare i due numeri ​\( h \)​ e ​\( k \)​ tali che:

\[ h+k = b; \qquad h \cdot k =c\]

Individuati i due numeri ​\( h \)​ e ​\( k \)​, sempre nell’ipotesi che il coefficiente ​\( a \)​ sia uguale a 1, il polinomio potrà essere scomposto come segue:

\[ x^2+(h+k)x+h \cdot k= (x+h)(x+k) \]

Non è sempre possibile trovare questi numeri: in tal caso il polinomio non sarà caratteristico e questo metodo di scomposizione non potrà essere adottato.

Per capire se un trinomio caratteristico può essere scomponibile o meno si può usare questa regola: la quantità ​\( b^2-4ac \)​ deve essere maggiore o uguale a zero. In particolare, se tale quantità è minore di zero siamo sicuri che il trinomio non è scomponibile. Diversamente, il trinomio potrebbe essere scomponibile, ma i due numeri ​\( h, k \)​ potrebbero comunque non esistere (intendendo ​\( h,k \)​ interi o al più razionali).

Ora la domanda è: come facciamo a trovare questi due numeri? 🙂 Dobbiamo cercarli tra delle coppie formate utilizzando i divisori del termine noto del polinomio.

Consideriamo un esempio pratico.

 

Esempio 1

Supponiamo di dover scomporre il polinomio:

\[ x^{2}-2x-15 \]

Il termine noto del polinomio è 15. Scriviamo tutti i suoi divisori, positivi e negativi.

\[ \pm 1; \quad \pm 3; \quad \pm 5; \quad \pm 15 \]

Consideriamo ora i possibili prodotti ​\( h \cdot k \)​ ottenuti moltiplicando tra loro il primo e l’ultimo numero nell’elenco, poi il secondo e il penultimo numero nell’elenco, e così via (tenendo conto dei differenti segni che possiamo dare ai numeri). Avremo così i prodotti:

\( 1\cdot 15; \qquad 3 \cdot 5; \)​ ecc.

Il prodotto ​\( 3 \cdot 5 = 15 \)​ va scartato poiché fornisce un termine noto di segno opposto a quello che abbiamo. Proviamo con il prodotto:

\[ -3 \cdot 5 \]

Esso fornisce come risultato ​\( -15 \)​, che è pari al termine noto, tuttavia se consideriamo la somma dei due candidati ​\( h \)​ e ​\( k \)​:

\[ -3 + 5 = 2 \]

osserviamo che il segno è purtroppo opposto a quello del coefficiente della ​\( x \)​ che abbiamo nel polinomio (ma è uguale in modulo). Prendiamo allora i numeri:

\[ h = 3; \qquad k = -5 \]

Vediamo che in questo caso il loro prodotto è ​\( -15 \)​ e la loro somma è ​\( -2 \)​, rispettivamente uguali al termine noto e al coefficiente del termine in ​\( x \)​. Di conseguenza, abbiamo trovato i numeri cercati (e vai!).

In virtù della relazione che abbiamo scritto in precedenza:

\[ x^2+(h+k)x+h \cdot k= (x+h)(x+k) \]

avendo ​\( h = 3 \)​ e ​\( k = -5 \)​ possiamo scrivere:

\[ x^{2}-2x-15 = (x+3)(x-5) \]

Abbiamo dunque scomposto il polinomio assegnato! 🙂

Esempio 2

Scomponiamo il trinomio caratteristico:

\[ x^{2}-5x+6 \]

Dobbiamo cercare i numeri ​\( h \)​ e ​\( k \)​ tra i divisori del termine noto ​\( 6 \)​. Scriviamoli:

\[ \pm 1; \quad \pm 2; \quad \pm 3; \quad \pm 6 \]

Tra i possibili candidati, dobbiamo individuare i numeri ​\( h \)​ e ​\( k \)​ che verificano le uguaglianze:

\[ h \cdot k = 6 \]

e:

\[ h + k = -5 \]

Infatti, nel polinomio assegnato il termine noto è ​\( 6 \)​ mentre il coefficiente del termine in ​\( x \)​ è ​\( -5 \)​.

Proviamo alcuni prodotti:

\[ 1 \cdot 6 = 6; \quad 1+6 = 7 \quad \text{NO!} \]

\[ 1 \cdot (-6) = -6; \quad 1 + (-6) = -5 \quad \text{NO!} \]

\[ -1 \cdot 6 = -6; \quad -1 + 6 = 5 \quad \text{NO!} \]

\[ (-1)\cdot (-6) = 6; \quad -1-6=-7 \quad \text{NO!} \]

Passiamo ad un’altra coppia di numeri, magari saremo più fortunati 😛

\[ -3 \cdot (-2) = 6; \quad -3-2 = -5 \quad \text{Bingo!} \]

Abbiamo dunque trovato i numeri:

\[ h = -3; \qquad k = -2 \]

Possiamo quindi scomporre il polinomio assegnato come:

\[ x^2-5x+6=(x-3)(x-2) \]

 

E se il coefficiente a del trinomio caratteristico è diverso da 1?

E’ possibile estendere questo metodo di scomposizione anche al caso ​\( a \neq 1 \)​. Quello che vedremo a seguire è il metodo più classico.

Ricordiamo che ​\( a \)​ è il coefficiente del termine di secondo grado nel polinomio da scomporre:

\[ ax^{2}+bx+c \]

Questa volta dobbiamo cercare i numeri ​\( h \)​ e ​\( k \)​ tali che:

\[ h \cdot k = a \cdot c; \qquad h+k=b \]

La differenza rispetto al caso ​\( a = 1 \)​ è che ora dobbiamo cercare i due numeri il cui prodotto è uguale al prodotto del termine noto per il coefficiente del termine di secondo grado.

Ora, i numeri ​\( h \)​ e ​\( k \)​ andranno cercati tra i divisori positivi e negativi del prodotto ​\( a \cdot c \)​.

Ma non finisce qui. Abbiamo anche una differenza importante sul come riscrivere il polinomio una volta trovati i due numeri “magici”.

Non possiamo più riesprimere il polinomio da scomporre come il prodotto ​\( (x+h)(x+k) \)​, ma dobbiamo effettuare una certa manipolazione sul polinomio utilizzando i due numeri trovati.

 

Esempio (trinomio caratteristico con coefficiente a diverso da 1)

Proviamo a scomporre il polinomio:

\[ 2y^{2}+9y+7 \]

Cerchiamo i numeri ​\( h \)​ e ​\( k \)​. Dobbiamo individuare due numeri che abbiano per somma il coefficiente della ​\( y \)​ (ovvero, ​\( 9 \)​) e come prodotto il prodotto fra il coefficiente della ​\( y^2 \)​ e il termine noto (ovvero, ​\( 2 \cdot 7 = 14 \)​).

Ricerchiamo i due numeri tra i divisori di ​\( a \cdot c \)​, ovvero tra i divisori (positivi e negativi) della quantità ​\( 2 \cdot 7 = 14 \)​:

\[ \pm1; \quad \pm 2; \quad \pm7; \quad \pm 14 \]

Non è difficile individuare rapidamente i due numeri:

\[ h = 2; \qquad k = 7 \]

Ricordandoci che il termine ​\( b \)​ del polinomio ​\( ax^{2}+bx+c \)​ si può esprimere come:

\[ b = h+k \]

possiamo scrivere:

\[ 2y^{2}+9y+7=2y^{2}+(7+2)y+7=2y^2+7y+2y+7 \]

Effettuiamo due raccoglimenti parziali con i termini ​\( 2y \)​ e ​\( 7 \)​:

\[ 2y(y+1)+7(y+1) \]

Infine, effettuiamo un raccoglimento totale con il termine ​\( (y+1) \)​:

\[ (y+1)(2y+7) \]

Otteniamo in conclusione che il polinomio assegnato può essere scomposto come:

\[ 2y^{2}+9y+7=(y+1)(2y+7) \]

Vediamo dunque che nel caso ​\( a \neq 1 \)​ la procedura si complica un po’. Non è difficile trovare la coppia “magica” di numeri, è un po’ più difficile invece scomporre il polinomio.

Per mettervi alla prova su quanto appreso, vi ricordiamo che è disponibile questa esercitazione: esercizi sul trinomio caratteristico con coefficiente. Inoltre, sono anche disponibili un’esercitazione con trinomi caratteristici di grado superiore al secondo e un’esercitazione con trinomi caratteristici con due lettere.

Un consiglio: provate ove possibile ad eseguire gli esercizi da soli, quindi confrontate il vostro svolgimento con quello proposto. 😉

Il metodo di scomposizione del trinomio caratteristico è, come potete vedere, a volte un po’ macchinoso. Tuttavia, per chi è in grado di risolvere le equazioni di secondo grado, questo metodo non è in generale di grande utilità. Infatti, note le eventuali radici ​\( x_{1} \)​ e ​\( x_{2} \)​ del polinomio ​\( ax^2+bx+c \)​, questo può essere semplicemente espresso come:

\[ ax^2+bx+c=a(x-x_{1})(x-x_{2}) \]

Ricordiamo inoltre che per il caso ​\( a \neq 1 \)​ è disponibile anche questo metodo più rapido. Ed inoltre, è anche possibile utilizzare la formula per la scomposizione del trinomio caratteristico.

Concludiamo ricordandovi che è pure disponibile su Altramatica questo comodo tool per la scomposizione del trinomio caratteristico online con passaggi, ed inoltre il tool per la scomposizione dei polinomi online. Il primo tool è la scelta migliore per trinomi caratteristici a coefficienti interi con una sola lettera, poiché svolge e commenta ciascun singolo passaggio. 😉

Qui termina la lezione sul metodo di scomposizione relativo al trinomio caratteristico. Ciao a tutti e buono studio con Altramatica! 🙂